电站锅炉管道高温冲蚀磨损和涂层防护技术分析

文_陈栋 何栋

1.浙江城建煤气热电设计院有限公司 2.浙江浙能绍兴滨海热力有限公司

当今我国主要发电形式就是火力发电，而在火电厂之中，锅炉占据着核心地位，锅炉可以为火电站提供足够的蒸汽，进而完成其电能供给任务。而在具体的应用过程中，锅炉并不能独立运行，需要其他的一些辅助设备来提供支持，且当今的电站锅炉有着极高的机械化技术要求、自动化管控技术要求和安全管理要求。因此在锅炉的使用过程中，火电站应该做好锅炉的防护工作，避免一些不必要的事故发生。高温冲蚀磨损是火电厂锅炉使用过程中需要解决的一个关键问题，经大量的研究和经验发现，涂层防护技术的合理应用将可以有效解决此类问题。所以，相关工作人员应该加强对此类问题的研究，并将涂层防护技术加以良好应用。

1 电站锅炉管道高温冲蚀磨损问题和应对方法

1.1 高温冲蚀磨损问题分析

通过研究和实践发现，在电站锅炉管道的高温冲蚀磨损问题之中，一个最为显著的问题就是飞灰问题，这种问题对于锅炉的正常使用将会造成极大的不利影响。根据研究发现，飞灰冲蚀磨损属于一种气固两相流以及金属摩擦理论方面的综合性、交叉性课题。通常情况下，工作环境会对金属材料冲蚀磨损方面的系统参数造成直接的影响，其主要影响参数：第一是环境方面的影响参数，比如冲刷角度、冲刷的时间、冲刷的速度、飞灰得到浓度以及环境的温度等；第二是飞灰颗粒的特性，比如飞灰颗粒的形状、密度、硬度、粒度、组成以及飞灰颗粒所具有的化学特征等；第三是靶材的性质，比如靶材的物理性质和靶材的机械性质。同时，这三个方面的因素在锅炉的实际运行过程中也会相互影响。

当电站锅炉温度到达临界温度以前，随着温度的上升，锅炉管道的磨损量也会不断上升，此时，如果锅炉的温度进一步上升，在超过了临界值之后，其磨损量反而会随着锅炉温度的上升而逐渐降低。在粒子冲击能量不断增加的情况下，磨损量峰值会越来越高，同时，磨损量也会随之增大。合金有着越强的抗氧化性能，其磨损量峰值也就会趋向于越高的温度条件。而温度又和金属的氧化膜之间有着密切联系。通常情况下，金属氧化膜在常温的条件之下都会非常薄，但是随着温度的升高，金属氧化膜的厚度也会逐渐加大，且其厚度的增大规律会呈现出指数形式，温度越高，这种规律就会更加明显。在这样的情况下，越来越厚的金属氧化膜就会为基质提供出良好的保护功能，并进一步增强金属表面的抗磨损能力。但是因为氧化膜和其包裹保护起来的金属基质有着不同的膨胀系数，所以随着锅炉温度的不断上升，在达到了某一临界温度的条件下，金属氧化膜的表面就会在高温作用下形成裂纹，甚至会出现金属氧化膜脱落的情况，进而使得金属材料的磨损量迅速增加。且由于飞灰的硬度和石英类似，所以在飞灰不断撞击电站锅炉管道的过程中，就会对锅炉管道造成更严重的磨损。越大密度的飞灰就会有着越大的惯性冲击率，所以也就会对锅炉管道造成越严重的磨损。

1.2 高温冲蚀磨损问题的几种典型应对方法

通过以上的分析可知，飞灰问题是导致电站锅炉管道高温冲蚀磨损问题的一个关键原因，同时，工作环境方面的各种因素也会对飞灰问题产生直接的影响。因此，针对此类问题可以通过以下方式解决：第一，通过改变燃煤材料的方式来加以应对，在具体的改进过程中，火电站应该用品质更加优越的燃煤来代替目前所应用的一般燃煤，这样就可以减少二氧化硫颗粒的数量，以此来达到降低飞灰密度的目的；第二，火电站可以考虑对锅炉进行改造，通过合理调整锅炉管道的结构来降低飞灰冲击作用，这样也可以有效降低飞灰对锅炉管道的磨损强度；第三，应该进一步加强火电站的锅炉管理工作，将锅炉检查的周期缩短，这样就可以更好地了解到锅炉管道的磨损问题，进而及时采取相应的措施来进行维修，如果锅炉管道的磨损问题十分严重，已经无法通过维修来维持其正常运行，相关工作人员就需要及时更换锅炉管道；第四，如果锅炉之中一些部位的腐蚀问题比较严重，相关工作人员可以通过局部加热的方式进行处理，同时，也可以通过涂层防护技术来进行锅炉壁的防护处理，这种处理方式十分经济有效。本文就是对涂层防护技术在电站锅炉管道冲蚀磨损问题处理过程中的应用进行研究。

2 涂层防护技术的应用分析

2.1 涂层防护技术的应用性能

就当今的涂层防护技术而言，可以用作电站锅炉冲蚀磨损防护的材质有很多，不管是哪一种材质，都可以有效满足电站锅炉管道的实际防护需求。将涂层防护技术应用到电站锅炉管道高温冲蚀磨损问题的解决之中，涂层不仅需要极高的抗氧化能力，同时也需要有着足够的抗磨损冲击能力和耐腐蚀性能。通过上文的分析可知，电站锅炉管道冲蚀磨损的一个根本原因就是飞灰，所以，这就需要涂层有着足够的能力可以抵抗飞灰，且因为锅炉始终处于高温的条件之下，所以涂层材料也应该具备着足够的耐热性能。同时，考虑到电站锅炉的实际应用情况，涂层材料也应该具备足够的抗硫化气氛能力以及抗疲劳能力等。这样才可以有效保障电站锅炉运行的可靠性和安全性。

涂层本身的致密性和与机体之间的结合强度应该足够强大，只有这样才可以有效避免机械脱落。同时，涂层的技术工艺应该尽量简便一些，且不能有太高的应用成本。

2.2 陶瓷涂层技术

陶瓷对冲蚀的抵抗能力，以及对高温的耐受能力方面都十分优越，因此，将陶瓷作为电站锅炉管道冲蚀磨损的保护涂层是一种极佳的思路。但是相比较普通的金属涂层来看，陶瓷材料会有着更加高昂的成本费用，且由于陶瓷比较脆弱，在受到外部的强烈攻击时，其表面就很容易出现裂纹，这不仅会降低其使用性能，同时也会影响其美观性，而就抗疲劳的能力而言，金属涂层也明显优于陶瓷涂层。由此可知，就实用性方面来看，陶瓷涂层会比普通的金属涂层差一些。另外，在陶瓷涂层的安装过程中，需要应用到火焰喷涂工艺和HVOF 工艺，其操作流程和操作方法也更加复杂。

2.3 金属涂层技术

通常情况下，金属涂层所应用到的材料都是合金材料，这种材料在抗冲蚀方面以及抗高温方面都有着极高的能力，且可以和机体之间实现良好的结合。基于这些优点，金属材质在当今的电站锅炉冲蚀磨损涂层防护技术之中依然是最佳的一种选择。同时，因为金属材质有着极高的综合利用价值，可以与当今电站锅炉运行之中所需要的各种要求相符合，且抗腐蚀能力和抗疲劳能力极高。另外，金属涂层防护技术也有着十分丰富的应用方法，在该技术的应用过程中，主要可以通过火焰涂喷法或者是等离子涂喷法来实现，这些方法的应用都比较简单，且成本费用较低。

2.4 其他涂层技术

随着当今社会经济和科技的不断发展，涂层技术的研究也在不断进步，越来越多的新型涂层技术开始得到了研发和应用，这就使得电站锅炉管道的防护涂层材料有了越来越丰富的选择。因为陶瓷材料单独使用的问题比较多，所以有学者对其与金属材料的结合应用进行研究，进而磨制成了一种全新的复合型涂层材料。因为金属材料可以在大攻角条件之下发挥出非常强大的抗冲蚀能力，陶瓷这种材料虽然比较脆弱，但是在小攻角的条件之下却有着十分强大的抗冲蚀能力，而飞灰对电站锅炉管道所造成的冲蚀问题通常都有着比较大的攻角，所以在这样的情况下，就可以将金属和陶瓷这两种涂层材料相结合，在金属材料的表面涂抹上陶瓷颗粒，这样就可以起到更好的防护作用。

另一种新型的涂层防护材料就是金属化合物材料，但是这种涂层防护技术在目前尚未成熟。在该技术的实际应用过程中，需要考虑到的内容应该包含以下几个方面：第一，合金材料应该都具备十分可靠的抗氧化性能和抗硫化性能，且相比较普通金属材料而言，合金的密度也应该小一些；第二，在该技术的应用过程中，不应该将昂贵的金属考虑在其材料范围之内，所以该涂层防护技术的成本也应该低于其他涂层材料的成本。由此可见，金属化合物涂层防护材料与技术的发展，将会为电站锅炉管道冲蚀磨损的防护创造出更加有利的条件，但是由于该技术的研究条件受限，所以这种涂层材料的加工工艺还有待进一步改进。

3 结语

火电站锅炉的内部结构十分复杂，在其具体的应用过程中易出现一些问题。其中一个最为显著的问题就是锅炉管道的冲蚀磨损问题，如果该问题得不到有效解决，不仅会对电站锅炉的正常运行造成影响，也会对其安全性造成影响，甚至会引发严重的安全事故。基于这一情况，电站相关工作人员应该对锅炉管道冲蚀磨损问题的危害及其原因加以明确，然后采取合理的涂层防护技术来进行处理。通过这样的方式，才可以让电站锅炉管道的冲蚀磨损问题得以有效解决，进一步提升电站锅炉运行的可靠性与安全性，促进电力行业在当今社会之中的良好经营与发展。